CONTRIBUIÇÃO DAS EMISSÕES RODOVIÁRIAS NA
QUALIDADE DO AR DA CIDADE DO PORTO
César Oliveira (1), Patrícia Santos (2), Teresa Nunes (3), Casimiro Pio (4), Alexandre
Caseiro (5) e Peter Wåhlin (6)
(1, 2, 3, 4, 5)
Departamento de Ambiente e Ordenamento da Universidade de Aveiro,
Campus Universitário de Santiago, 3810-193 Aveiro, Portugal
(6)
Department of Atmospheric Environment, National Environment Research Institute,
Frederiksborgvej 399, DK-4000 Roskilde, Denmark
(1)
[email protected]; (2)[email protected]; (3)[email protected], (4)[email protected];
(5)
[email protected]; (6)[email protected]
RESUMO
Efectuaram-se campanhas de medição de poluentes na cidade do Porto (uma de Inverno e outra
de Verão) em dois locais, um situado junto a uma via de tráfego intenso e outro cerca de 500 m
afastado das principais vias de tráfego, reflectindo um “fundo urbano”. Em ambos os locais
monitorizaram-se em contínuo CO, O3, NOx e PM10 (monitor β). Também se efectuaram
medições de PM2,5-10 e PM2,5 através de um sistema de amostragem sequencial, com
quantificação gravimétrica e elementar (PIXE) das partículas retidas em filtros Nuclepore.
As variações diárias, semanais, sazonais e espaciais dos poluentes estudados evidenciaram a
importância das emissões (fontes), química (consumo e produção), diluição e transporte
(fenómenos meteorológicos e processos de camada limite) na definição da evolução das suas
concentrações num local pertencente a uma área urbana.
A concentração dos poluentes gasosos primários NOx, CO e partículas exibiu um padrão diário
e semanal que mostrou a influência do tráfego automóvel, enquanto o O3 sofreu o fenómeno
inverso, com concentrações médias mais elevadas durante o fim-de-semana. Do ponto de vista
sazonal, o NOx e o CO exibiram concentrações mais elevadas durante o período de Inverno
enquanto o SO2, o O3 e as partículas apresentaram concentrações mais reduzidas. A contribuição
das partículas finas para o total de partículas foi superior no Inverno e mais reduzida no Verão.
A maior parte dos elementos apresentaram fortes correlações entre os dois locais de
amostragem, com algumas diferenças ao nível das concentrações e distribuição por tamanhos.
1. INTRODUÇÃO
Apesar dos recentes desenvolvimentos na produção de combustíveis mais amigos do ambiente e
da constante preocupação na construção de veículos menos poluentes, a poluição atmosférica
resultante do tráfego rodoviário é um problema crescente nas áreas metropolitanas, tanto nos
países em desenvolvimento como nos países desenvolvidos. Esta provoca efeitos prejudiciais à
saúde humana, afectando os sistemas respiratório e circulatório, sendo também uma das causas
do cancro do pulmão (WHO, 1999). A circulação automóvel provoca a emissão de partículas
para a atmosfera, quer de uma forma directa, quer pela existência de transformações gáspartícula. Actualmente, um dos aspectos mais críticos associados à qualidade do ar relaciona-se
com o elevado número de excedências da concentração de partículas na atmosfera que são
detectadas em Portugal pelas redes de monitorização da qualidade do ar relativamente à
legislação em vigor (Instituto do Ambiente, 2003).
No âmbito do projecto Europeu SAPPHIRE, que tem como objectivo principal identificar as
principais fontes de poluentes atmosféricos particulados em áreas urbanas na Europa, foram
realizadas duas campanhas de amostragem, uma no Verão e outra no Inverno de 2003, que
pretenderam avaliar a influência na poluição atmosférica tanto do tráfego de Verão e de Inverno
como das diferentes condições meteorológicas existentes nesses períodos. Neste contexto foram
monitorizados simultaneamente em dois locais no centro da cidade do Porto alguns poluentes
atmosféricos relacionados com o tráfego automóvel, com o objectivo de avaliar a sua
contribuição para os níveis actuais de contaminação ambiental urbana. Neste artigo apresentamse, comparam-se e interpretam-se dados resultantes da monitorização directa de poluentes
gasosos e de matéria particulada em suspensão.
2. METODOLOGIA
2.1. Local de amostragem
As amostragens efectuaram-se na cidade do Porto, Norte de Portugal (aproximadamente 41ºN,
8ºW). A cidade conta com 258 200 habitantes para uma área de 42 km2, e encontra-se inserida
numa área metropolitana com 1 261 000 habitantes que engloba também os concelhos de Vila
Nova de Gaia, Matosinhos, Maia, Gondomar, Póvoa de Varzim, Vila do Conde, Valongo e
Espinho. Para além da influência do tráfego automóvel e de pequenas e médias indústrias locais,
a área poderá ser influenciada por emissões provenientes de grandes instalações industriais,
como por exemplo uma refinaria de petróleo e uma unidade de incineração de Resíduos Sólidos
Urbanos (RSU).
No âmbito do projecto SAPPHIRE foram efectuadas campanhas em dois locais distintos. Um
desses locais (posteriormente denominado “junto à estrada”) sujeito a emissões directas de
veículos motorizados, ficou situado junto a uma intersecção de vias fortemente movimentadas
(Tabela 1), verificando-se a circulação e paragem de elevado número de veículos pesados de
passageiros (Praça Mouzinho de Albuquerque), enquanto que o outro (adiante designado por
“fundo urbano”), distante do anterior cerca de 500 m e afastado dos principais eixos rodoviários
(instalações do Instituto de Reinserção Social, sito na Rua do Melo), seria mais afectado por
massas de ar envelhecidas de origem urbana. A monitorização da concentração de poluentes foi
efectuada em duas épocas distintas (Julho e Novembro/Dezembro de 2003), cada uma durante
30 dias consecutivos. Os períodos de amostragem distintos pretenderam avaliar as influências
das condições meteorológicas e do tráfego de Verão/Inverno na concentração dos poluentes em
cada local.
Tabela 1 – Distribuição aproximada (%) dos veículos em classes, segundo várias fontes. Dados
locais e nacionais.
Classe de veículo
MEET/COSTa
ACAP b
Local de
amostragem
junto à estrada c
76
16,6
2,3
4,6
Local de amostragem
fundo urbano c
Gasolina
69,3
65,1
Diesel
7,5
18,5
Motociclos
16,2
14,1
Pesado de passageiros
0,3
0,2
Pesado de
6,7
2,1
0,6
mercadorias
a
MEET/COST – Projectos europeus: “Methodologies for estimating air pollutant
transport” (MEET) e “Estimation of pollutant emissions from transport” (COST 319);
Comércio Automóvel de Portugal; c contagens efectuadas no local (~8h-20h).
73,6
23,8
1,9
0
0,7
emissions from
Associação do
b
2.2. Colheita e análise das amostras
Nos dois locais de amostragem foram monitorizados em contínuo O3, CO, NOx, SO2 e PM10
pelo método β (Tabela 2). Em paralelo, foram também recolhidas em filtros de membrana de
policarbonato (25 mm de diâmetro), tipo NUCLEPORE, partículas finas e grosseiras (filtros
com 0,4 e 12 µm de tamanho de poro, respectivamente) utilizando um sistema de amostragem
sequencial provido por uma cabeça de impacção à entrada que remove partículas maiores que
10 µm (Tabela 2). Este sistema, calibrado pela Universidade de Hertfordshire, permitiu a
Tabela 2 – Características dos instrumentos de recolha / monitorização de poluentes utilizados.
Período de média
(min.)
Fundo
Junto à
urbano estrada
5
15
5
15
5
15
Poluente
Tempo de
resposta (s)
NOx
O3
CO
10
10
10
SO2
10
5
15
10
5
-
Dados
meteorológicos
PM10
(método β)
Partículas finas e
grosseiras d
Período (h)
1;2a
Ciclo (h)
12 (24 a)
Fabricante
Modelo
ENVIRONNEMENT S.A.
ENVIRONNEMENT S.A.
ENVIRONNEMENT S.A.
ENVIRONNEMENT S.A./
THERMO ENV. e
AC31M
O341M
CO11M
AF22M/43S e
DAVIS
ISS
ENVIRONNEMENT S.A.
MP101M
Período de amostragem
6:00-12:00b
7:00-17:30c
18:00-0:00b
19:00-5:30c
Contagens de
8 contadores dispostos nas proximidades do local de amostragem junto à estrada
tráfego
a
durante parte do período de amostragem de Inverno; b durante o período de amostragem de Verão; c
durante o Inverno a amostragem foi semi-contínua, com alternâncias de 1,5 hora; d partículas finas com
volume aerodinâmico inferior a 2,5 µm, e grosseiras com volume aerodinâmico entre 2,5 e 10 µm; e o
primeiro foi utilizado na estação fundo urbano, enquanto o outro na estação junto à estrada.
medição das concentrações de PM2.5 e PM10 por gravimetria (pesagem dos filtros antes e depois
da amostragem, sob idênticas condições de humidade relativa) e a análise elementar dos filtros
por PIXE (Particle Induced X-ray Emission).
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
3.1. Monitorizações contínuas
Na Figura 1 apresentam-se os resultados médios de diversos parâmetros monitorizados
continuamente nos períodos de Verão e de Inverno, nomeadamente concentrações médias
diárias aos sábados, domingos e dias úteis. Uma análise inicial desta figura permitiu verificar
que os níveis de poluentes directamente relacionados com emissões móveis, como os NOx e o
CO foram consideravelmente mais elevados junto à estrada relativamente ao local de fundo
urbano, estando o perfil diário das suas concentrações relacionado com as variações do volume
de tráfego automóvel, combinadas com processos de camada limite, factores meteorológicos e
reacções químicas em que participaram as espécies em questão (consumo e formação). É de
salientar o facto dos poluentes típicos de emissões provenientes do tráfego (NOx, CO e PM10)
terem apresentado níveis médios inferiores ao sábado e domingo, em comparação com os dias
úteis, o que evidenciou a contribuição relativa do tráfego nas suas concentrações. O O3, pelo
contrário, apresentou concentrações médias mais elevadas ao fim-de-semana, o que está de
acordo com o observado em várias cidades (Qin, 2004). Sendo o O3 um poluente secundário
cuja produção depende da temperatura, radiação, concentração e razão entre os seus percursores
(NOx e COVs), não é fácil encontrar uma relação simples com qualquer das variáveis discutidas
anteriormente. De um modo geral, a existência em quantidades elevadas de emissões de NO e
COVs com origem no tráfego rodoviário conduzirá a uma maior destruição que formação de O3
pela cadeia de reacções fotoquímicas em que estes compostos são envolvidos. Por isso, devido
ao processo geralmente conhecido como titulação do ozono pelo NO emitido de fresco pelos
veículos, os seus níveis devem ser em média mais baixos nos centros urbanos relativamente às
áreas suburbanas.
Verão
160
Fundo urbano
Junto à estrada
NO (ppbv)
120
Semana
Sábados
Domingos / Feriados
80
40
NO2 (ppbv)
0
30
15
0
O3 (ppbv)
30
15
0
SO2 (ppbv)
15
10
5
CO (ppbv)
0
1800
1200
600
0
0:00
NO (ppbv)
160
8:00
16:00
Hora
00:00
08:00
16:00
Hora
00:00
Hora
00:00
Inverno
Junto à estrada
Fundo urbano
120
Semana
Sábados
Domingos / Feriados
80
40
NO2 (ppbv)
0
30
15
O3 (ppbv)
0
30
15
SO2 (ppbv)
0
15
10
5
CO (ppbv)
0
1800
1200
600
0
00:00
08:00
16:00
Hora
00:00
08:00
16:00
Figura 1 – Representação gráfica dos valores médios diários obtidos na monitorização de poluentes
durante os dois períodos de amostragem.
Adicionalmente, quando se compararam as concentrações de NOx detectadas nos dois períodos
de amostragem verificou-se que os valores obtidos foram superiores durante o Inverno,
possivelmente devido a uma menor diluição vertical causada por uma camada limite mais baixa,
assim como à queima de uma maior quantidade de combustíveis fósseis para aquecimento. Pelo
contrário, o O3 (poluente eminentemente secundário) apresentou em média concentrações mais
elevadas na estação de fundo urbano, o que denotou um consumo significativo deste junto à
estrada com a consequente formação de NO2. Uma análise mais pormenorizada dos resultados
apresentados na Figura 1 conduziu às seguintes considerações:
O perfil de concentrações exibido pelo NO seguiu em parte a evolução do volume de
tráfego automóvel, tendo exibido concentrações reduzidas durante a noite (Figura 1) por falta de
produção/emissão. Genericamente, as emissões provocadas pelo tráfego automóvel conduziram
ao aumento dos níveis de NO até este atingir o seu máximo da manhã. De seguida, após um
ligeiro decréscimo, o aumento de temperatura normalmente ocorrido à tarde provocou uma
maior diluição por aumento da altura da camada limite, assim como o seu consumo no ciclo
fotoquímico, o que terá originado a diminuição da sua concentração. Durante o Inverno, as
concentrações de NO voltaram a subir significativamente ao final da tarde, o que não se
verificou no período de Verão onde estas não sofreram alterações significativas. Este
comportamento distinto durante as duas épocas em estudo pode ter estado relacionado quer com
a intensidade dos ciclos fotoquímicos quer com a meteorologia, já que não se observou uma
grande diferença na intensidade média de tráfego nos dois períodos (Figura 2). Quando se
compararam os níveis de NO existentes nos dois locais de amostragem verificou-se que a sua
concentração foi significativamente inferior no local de fundo urbano, o que poderá estar
relacionado com um efeito de diluição das contribuições do tráfego automóvel.
As concentrações de NO2, após atingirem valores mínimos no final da noite por falta de
produção, aumentaram com a presença de tráfego automóvel, atingindo um primeiro máximo
por volta da hora de ponta matinal (Figura 1). Seguidamente, a sua destruição fotoquímica
conduziu a uma diminuição de concentração, menos pronunciada no local de amostragem junto
à estrada por este se encontrar próximo de fontes mais intensas. Posteriormente, atingiram-se
valores máximos por volta das 20 horas, coincidindo com os períodos de trânsito mais
congestionado. Relativamente à razão NO2/NO (Figura 1), esta foi mais elevada no local de
fundo, evidenciando uma conversão rápida a NO2 do NO transportado até ao local. Pode
verificar-se ainda que no Verão, durante as horas de maior tráfego matinal o NO2 foi
rapidamente consumido pela formação fotoquímica de O3, conduzindo a concentrações de NO2
por volta das 13 horas com níveis próximos dos observados durante a madrugada. Por outro
lado, por existir uma menor intensidade da radiação solar no Inverno, o consumo fotoquímico
de NO2 terá sido menos intenso, originando concentrações mais elevadas durante a tarde, ao
contrário do que aconteceu no período de Verão. No Inverno a concentração média máxima
atingida foi genericamente superior às observadas no Verão. Este facto poderá ter-se devido a
uma acumulação de NO2 provocada por um menor consumo fotoquímico nas tardes de Inverno
( NO2 + hυ + O2 → NO + O3 ) ou por uma menor degradação do NO2 por radicais
hidroxilo com formação de HNO3 e PAN (peroxilacetilnitrato).
Numa atmosfera urbana, a presença de CO encontra-se fortemente associada ao tráfego
automóvel e à existência de combustões incompletas, sendo por isso bastante dependente do
estado de manutenção do motor dos veículos motorizados (Seinfeld, 1998). Adicionalmente, o
tempo de vida na atmosfera relativamente elevado permite que este composto seja misturado e
diluído, homogeneizando a sua distribuição espacial e temporal. Este efeito foi mais sentido no
Verão que no Inverno, como se pode observar pela análise da Figura 1. Da análise desta figura
pode ainda verificar-se que no Inverno as concentrações médias de CO ao longo do dia foram
mais elevadas, tal como se observou para o NO e o NO2, e apresentaram dois máximos de
concentração bem pronunciados (durante a manhã e final da tarde), enquanto no Verão foi
detectado apenas um máximo de concentração presente ao início da manhã. Atendendo a que o
fluxo médio de tráfego não diferiu substancialmente entre o período de amostragem de Inverno
Junto à estrada
3000
1500
16:00
Hora
00:00
40
20
0
00:00
16:00 Hora
08:00
00:00
40
30
2D Graph 2
20
10
90
2,5
Gravimetria
|Grosseiras|/|Finas|
60
2,0
1,5
1,0
30
90
0,5
0,0
4,0
Junto à estrada
3,0
2,0
60
1,0
30
0,0
0
-1,0
4/07
11/07
18/07
25/07
Julho 2003
Frequência (horas)
Inverno
Junto à estrada
-3
PM10 (µg.m )
-3
PM10 (µg.m ) Precipitação (mm)
veículos h
-1
4500
|Grosseiras|/|Finas|
3,0
PM10 (monitor β)
|Grosseiras|/|Finas|
Fundo urbano
3000
1500
0
00:00
08:00
40
30
20
10
0
100
Fundo urbano
80
60
40
20
0
100
Junto à estrada
80
60
40
20
0
22/11
16:00
Hora
00:00
30
Direcção dominante do vento
0 - 90º
90 - 180º
180 - 270º
270 - 360º
15
0
00:00
08:00
16:00 Hora 00:00
2D Graph 2
PM 10 (monitor β)
4,0
Gravimetria
|Grosseiras|/|Finas|
3,0
2,0
1,0
0,0
-1,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
-1,0
29/11
6/12
13/12
20/12
Novembro-Dezembro 2003
|Grosseiras|/|Finas|
0
0
-3
08:00
Direcção dominante do vento
0 - 90º
90 - 180º
180 - 270º
270 - 360º
|Grosseiras|/|Finas|
-3
PM10 (µg.m )
Precipitação (mm)
0
00:00
PM10 (µg.m )
Verão
60
Frequência (Horas)
Veículos h
-1
4500
Figura 2 – Representação gráfica dos valores de precipitação, concentração de PM10 (medições
efectuadas simultaneamente por gravimetria e usando o monitor β) e razões PM10-2.5/PM2.5 durante
os dois períodos de amostragem.
e de Verão (Figura 2), esta diferença de concentrações dever-se-á possivelmente a uma maior
contribuição de outras fontes de combustão usadas para aquecimento, assim como a uma menor
dispersão vertical no Inverno e à existência de inversões de temperatura. Neste período, estas
inversões terão sido quebradas mais tardiamente da parte da manhã e manifestaram-se mais
cedo da parte da tarde.
Durante a noite a concentração de O3 foi reduzida devido à ausência de produção por falta
de radiação solar (Figura 1), tendo-se atingido valores mínimos pouco antes do nascer do dia (o
O3 produzido durante o dia anterior terá sido disperso ou consumido). Posteriormente ao nascer
do sol e com o aumento do volume de tráfego automóvel, as concentrações de O3 aumentaram,
contribuindo para isso a maior intensidade de radiação solar e a grande disponibilidade de gases
precursores (VOCs, NO2 e CO). Os valores máximos de concentração foram atingidos da parte
da tarde, quando a radiação solar foi máxima, tendo-se seguido um decréscimo da sua
concentração provocado quer por concentrações mais reduzidas de gases precursores quer por
valores de radiação solar substancialmente inferiores. Este último facto justificará também a
existência de concentrações de O3 mais reduzidas durante o Inverno, quando comparadas com a
época de Verão (Figura 1). Quando foram comparadas as concentrações existentes nos dois
locais de amostragem, detectaram-se valores inferiores junto à estrada. Pode observar-se ainda
a existência de concentrações relativamente elevadas antes do amanhecer, com origem provável
em mecanismos de transporte e não em fenómenos de produção, por falta de radiação solar
durante o período nocturno. Quando se compararam os valores obtidos durante os dias de
semana com os registados aos sábados e domingos ou feriados, verificou-se que de forma geral
estes últimos apresentaram concentrações superiores, mesmo na presença de concentrações mais
reduzidas dos seus gases precursores (NOx). Este comportamento tem sido observado em várias
cidades e é conhecido como “weekend effect” (Qin, 2004). Uma das possíveis causas para este
efeito será a sensibilidade do sistema fotoquímico aos VOCs e a diminuição das emissões de
NOx aos fins de semana, assim como a menor dispersão de luz solar causada pelo decréscimo do
número de partículas finas na atmosfera, o que aumentaria a eficiência de formação de O3
devido a um maior aproveitamento da radiação solar.
As fontes maioritárias do SO2 presente nas atmosferas urbanas são normalmente a queima
de combustíveis fósseis e de biomassa. Da análise da Figura 1 pode verificar-se que a
concentração de SO2 não apresentou um padrão de variação análogo a qualquer um dos
restantes poluentes medidos. Quando se compararam as concentração médias de SO2 obtidas
durante o período de Verão com o padrão diário da direcção do vento (Figura 2), verificou-se
que ambos os locais atingiram valores máximos de concentração de SO2 quando foram
afectados por ventos dominantes de Noroeste, o que poderá indiciar a presença de emissões de
SO2 provenientes da refinaria de petróleo instalada junto ao porto de Leixões, ou de qualquer
outras instalações fabris de elevado volume que circundam essa área. A comparação dos valores
obtidos durante os dois períodos em estudo permitiu detectar concentrações de SO2 mais
elevadas durante o período de Verão.
3.2. Partículas
Embora se tenham efectuado medições das concentrações de PM10 em contínuo (monitor β), no
que respeita às fracções fina (PM2,5), grosseira (PM2,5-10) e total (PM10), optou-se por apresentar
e discutir os resultados essencialmente com base em medições gravimétricas, descontínuas. Na
Figura 2, para ambos os locais e períodos em estudo, apresentam-se as concentrações de PM10
obtidas quer por gravimetria quer com o monitor β, assim como a razão entre as concentrações
de partículas grosseiras e finas. Como se pode observar da análise desta figura, de um modo
geral as concentrações de partículas PM10 medidas pelo monitor β são inferiores às detectadas
gravimetricamente, sendo esta diferença mais acentuada no local junto à estrada, em particular
no Inverno. A comparação dos registos directos da medição de PM10 por atenuação β para os
dois locais, embora tenha apresentado boas correlações não evidenciou uma diferença de
concentrações tão acentuada como aquelas calculadas com base em medições gravimétricas.
Esta dissemelhança poderá ser artificial, visto estes aparelhos serem afectados pela natureza das
partículas, provocando erros de quantificação significativos. Na Tabela 3, apresentam-se os
Tabela 3 – Parâmetros de regressão entre os valores de concentração de PM10 medidos pelos
métodos gravimétrico (x) e atenuação β (y) nos dois períodos de amostragem.
Parâmetros de regressão linear
Local
Período
Declive
Ordenada na origem
r2
Verão
0,77
-0,46
0,92
Junto à estrada
Inverno
0,72
-1,67
0,92
Verão
0,96
0,17
0,90
Fundo urbano
Inverno
0,96
-1,60
0,89
parâmetros de regressão entre os valores de concentração de PM10 medidos pelos métodos
gravimétrico e de atenuação β para os dois períodos e locais de amostragem. Da análise desta
tabela verificou-se que (i) o local junto à estrada apresentou declives inferiores aos calculados
para o fundo urbano, e (ii) no Inverno, ambos os locais apresentaram declives inferiores aos de
Verão. Estes resultados, para além de evidenciarem a importância da calibração destes
analisadores, mostraram que a comparação de valores de PM10 provenientes de estações de
medição diferentes e épocas do ano distintas deve ser efectuada após correcções baseadas em
dados experimentais obtidos por gravimetria, em condições análogas.
Os dois locais apresentaram entre si correlações relativamente elevadas de matéria particulada
(Tabela 4), com o local de fundo urbano de um modo geral a mostrar valores inferiores, com
diferenças mais acentuadas na fracção grosseira. Estes resultados evidenciaram o facto das
emissões resultantes dos escapes dos veículos, bem como da ressuspensão provocada pelos seus
rodados serem factores a considerar no controle dos níveis de partículas na atmosfera.
Devido à precipitação, a concentração ambiente de partículas foi fortemente influenciada por
fenómenos de lavagem, uma vez que nesses períodos a diminuição da concentração de matéria
particulada foi bastante nítida (Figura 2). No Verão, detectaram-se níveis médios de partículas
superiores aos registados no Inverno (Figura 3), tendo-se obtido neste último período menores
contribuições da fracção grosseira para a concentração de PM10, em ambos os dois locais. No
local de fundo urbano, as médias e os desvios padrão da razão [finas]/[grosseiras] foram 2,1 ±
1,2 e 1,4 ± 0,7, respectivamente para o Inverno e Verão, enquanto no local junto à estrada os
valores foram 2,0 ± 0,9 e 1,1 ± 0,4.
Os padrões diários de variação da concentração de PM10 não apresentaram diferenças
significativas entre os dias úteis e o fim-de-semana, pelo que na Tabela 4 se apresentaram os
dados não discriminados. A variação diária média da concentração de partículas PM10
apresentou uma grande dispersão de valores durante todo o período, com maiores amplitudes
junto à estrada relativamente à estação de fundo urbano (Figura 3). As concentrações de PM10
mais elevadas de um modo geral foram atingidas no período de Verão durante a manhã,
enquanto no período de Inverno foram observadas ao final da tarde, tal como ocorreu para o CO
e o NOx.
3.3. Análise elementar às partículas PM2.5 e PM10-2.5
Na Tabela 4 apresentam-se resultados da análise elementar efectuada por PIXE às partículas
PM2.5 e PM10-2.5 recolhidas em filtros Nuclepore. Da análise dos valores médios apresentados
para os dois locais de amostragem, verificou-se que a maior parte dos elementos apresentaram
concentrações superiores na estação junto à estrada relativamente ao fundo urbano. Elementos
como o Cl e o Br exibiram concentrações muito semelhantes nos dois locais, com fortes
correlações tanto na fracção fina como na grosseira, pelo que as suas concentrações não serão
grandemente influenciadas pelo tráfego. O facto de ambas as fracções estudadas terem exibido
declives bastante próximos da unidade levou-nos a concluir da existência de uma fonte de área.
No caso do Cl, quer o facto deste se ter distribuído maioritariamente na fracção grosseira, quer
das amostragens se terem localizado numa zona costeira, poderão ser fortes indícios que este
Tabela 4 – Concentrações médias e parâmetros de regressão linear entre os locais junto à estrada (y)
e fundo urbano (x) para os elementos quantificados por PIXE a.
Elemento /
Poluente
Cl
Br
S
Zn
Pb
Ca
Ti
Mn
Fe
K
Si
Rb
Cu
Sr
Sb
Zr
Al
Sn
Ni
Se
V
As
Mo
Ba
Ga
Cr
0 92
1,11
0,90
0,96
0,79
0,86
0,66
0,93
0,73
0,99
0,49
0,59
0,56
0,67
0,43
0,62
0,34
0,47
0,52
0,75
0,51
0,74
0,53
0,77
0,26
0,55
0,53
0,60
0,12
0,70
0,22
0,35
0,42
0,72
Ordenad
a na
-0 01
-0,04
0,0001
-0,0008
-0,006
0,05
0,001
0,003
-0,002
-0,01
0,1
0,02
0,002
0,001
0,002
0,002
0,06
-0,009
0,05
0,02
0,07
-0,01
0,0004
0,0001
0,003
-0,006
0,0005
0,0001
0,003
-0,003
0,001
0,0003
0,08
0,01
Coeficiente de
correlação
0 98
0,97
0,95
0,93
0,91
0,97
0,97
0,98
0,94
0,92
0,86
0,85
0,88
0,84
0,81
0,95
0,82
0,88
0,89
0,97
0,85
0,91
0,79
0,91
0,78
0,91
0,84
0,81
0,60
0,89
0,78
0,78
0,83
0,70
0,70
0,001
0,90
0,76
0,0002
0,91
0,60
0,0002
0,87
0,80
0,0005
0,89
c
c
c
c
c
c
c
c
c
c
c
c
c
c
c
c
c
c
c
c
c
c
c
c
c
c
c
Fracção
[JE]méd / [FU] méd b
Declive
Grosseira
Fina
Grosseira
Fina
Grosseira
Fina
Grosseira
Fina
Grosseira
Fina
Grosseira
Fina
Grosseira
Fina
Grosseira
Fina
Grosseira
Fina
Grosseira
Fina
Grosseira
Fina
Grosseira
Fina
Grosseira
Fina
Grosseira
Fina
Grosseira
Fina
Grosseira
Fina
Grosseira
Fina
Grosseira
Fina
Grosseira
Fina
Grosseira
Fina
Grosseira
Fina
Grosseira
Fina
Grosseira
Fina
Grosseira
Fina
Grosseira
Fina
Grosseira
Fina
1 57/1 42
0,32/0,32
0,006/0,006
0,008/0,007
0,33/0,25
1,97/1,74
0,13/0,089
0,43/0,41
0,020/0,013
0,13/0,12
0,69/0,45
0,28/0,18
0,38/0,023
0,017/0,013
0,015/0,0080
0,024/0,017
1,13/0,44
0,86/0,39
0,33/0,22
0,61/0,49
1,17/0,67
0,054/0,039
0,003/0,002
0,003/0,002
0,066/0,020
0,065/0,030
0,004/0,003
0,002/0,001
0,021/0,005
0,017/0,009
0,008/0,003
0,044/0,002
0,57/0,32
0,031/0,024
0,008/0,004
0,022/0,016
0,004/0,003
0,011/0,008
0,0003/0,0003
0,001/0,001
0,004/0,003
0,014/0,012
0,0006/0,0005
0,002/0,002
0,005/0,002
0,004/0,001
0,04/0,02
0,03/0,02
0,0005/0,0003
0,0004/0,0003
0,009/0,005
0,008/0,006
c
c
c
c
c
c
c
c
c
c
c
c
c
c
c
Número
pontos
99
65
91
75
92
93
95
89
90
89
96
92
92
81
74
84
88
91
93
92
90
82
82
87
91
91
92
85
41
38
96
93
85
73
60
76
37
88
51
81
70
87
51
51
48
46
60
61
43
16
61
44
a
Total de
Grosseira
16,0/11,4
0,60
1,75
0,87
98
Fina
22,9/18,0
0,81
-0,41
0,95
96
partículas
agruparam-se os dados de Verão com os dados de Inverno; b [JE]méd e [FU] méd concentrações médias
Verão
70
Junto à estrada
Fundo urbano
PM10 (µg.m-3)
60
50
Semana
Fim-de-semana
40
30
20
10
00:00
08:00
16:00
Hora
00:00
08:00
16:00
Hora
00:00
Hora
00:00
Inverno
70
Junto à estrada
Fundo urbano
PM10 (µg.m-3)
60
50
Semana
Fim-de-semana
40
30
20
10
0
00:00
08:00
16:00
Hora
00:00
08:00
16:00
junto à estrada e em fundo urbano; c a distribuição de pontos não se aproxima a uma recta.
Figura 3 – Representação gráfica dos valores médios diários de PM10 (monitor β) para os dois
períodos de amostragem.
terá como origem principal o sal marinho (Valius, 2003). O Br, ao contrário do Cl, distribuiu-se
de forma semelhante pelas duas fracções. O S, Zn e Pb apresentaram-se maioritariamente na
fracção fina, exibindo concentrações semelhantes em ambos os locais (declive próximo da
unidade). No entanto, a fracção grosseira apresentou concentrações bastante mais elevadas junto
à estrada, como se verificou pelo declive significativamente inferior à unidade e pelos valores
médios apresentados. Este facto indiciou que estes elementos não terão tido a sua origem numa
contribuição eminentemente local nem pontual, mas sim num transporte regional efectuado a
longas distâncias, com as partículas finas como veículo preferencial por possuírem um tempo de
permanência na atmosfera mais elevado. Por outro lado, o facto de no local junto à estrada
esses elementos possuírem concentrações mais elevadas na fracção grosseira, indiciou a
possibilidade de terem outra fonte local, como por exemplo a ressuspensão de poeiras ou o
desgaste dos travões e pneus originado pela passagem dos veículos.
Outros elementos como o Ca, Ti, Mn, Fe, K, Si, Rb, Cu, Sr, Sb, Zr e Al, nas duas fracções
estudadas apresentaram relações aproximadamente lineares, exibindo concentrações mais
elevadas junto à estrada (declive bastante inferior à unidade). Estes elementos parecem estar
associados à presença de tráfego automóvel (escapes, travões, desgaste de pneus e
ressuspensão), podendo atribuir-se as elevadas correlações ao facto do local de fundo urbano se
encontrar sensivelmente no centro de um conjunto de artérias principais que rodeiam a área.
No caso do Ni, Se e V, apenas a fracção fina apresentou um comportamento semelhante aos
elementos anteriores, exibindo uma fraca correlação para a fracção grosseira. Estes elementos
encontram-se normalmente associados à queima de combustíveis fósseis (Pio, 1998).
O As, Mo, Ba, Ga e Cr, obtiveram uma fraca correlação entre os dois postos de amostragem
para as duas fracções estudadas, exibindo concentrações médias mais elevadas junto à estrada.
Este facto sugeriu a existência de outras fonte(s) localizada(s) nas imediações de um dos postos
de amostragem, podendo a direcção do vento e/ou a maior proximidade de um dos locais de
amostragem serem responsáveis pelas diferenças observadas (por exemplo, o As é normalmente
associado às emissões resultantes da queima de carvão). No entanto, o facto do erro de
quantificação destes elementos poder ser elevado relativamente à sua concentração real
(obtiveram-se algumas concentrações negativas, só justificáveis pelo facto das concentrações
serem da mesma ordem de grandeza do limite de detecção para esse elemento), poderá mascarar
a análise.
4. CONCLUSÕES
Este estudo, apesar de ainda não se encontrar completamente concluído (apresentam-se aqui
apenas uma parte dos resultados do projecto, que globalmente inclui por exemplo análises de
iões por cromatografia, de compostos orgânicos por GC-MS, etc.) evidenciou o importante
papel desempenhado pelo tráfego na qualidade do ar dos centros urbanos, revelando que locais
afastados algumas centenas de metros entre si podem apresentar concentrações de poluentes
bem distintas, principalmente aqueles associados às emissões rodoviárias, como por exemplo o
CO, o NOx, partículas e alguns metais. O local situado na proximidade das principais vias
apresentou níveis de poluição que em alguns casos atingiram mais do dobro do local de fundo
urbano.
As variações diárias, semanais, sazonais e espaciais dos poluentes estudados evidenciaram a
importância das emissões (fontes), química (consumo e produção), diluição e transporte
(fenómenos meteorológicos e processos de camada limite) na definição da evolução das suas
concentrações num local pertencente a uma área urbana.
A concentração dos poluentes gasosos primários NOx, CO e partículas exibiu um padrão diário
e semanal que mostrou a influência do tráfego automóvel, enquanto o O3 (poluente secundário)
sofreu o fenómeno inverso, com o seu padrão semanal de concentração inversamente
proporcional ao volume de tráfego automóvel. No caso do O3, alguns factores
micrometeorológicos poderão ter estado associados à definição do padrão diário da sua
concentração. Por seu lado, o SO2 evidenciou uma elevada independência relativamente ao
tráfego automóvel.
Do ponto de vista sazonal, o NOx, o CO e as partículas exibiram concentrações mais elevadas
durante o período de Inverno, com um padrão diário ligeiramente diferente do observado
durante o Verão, e evidenciando a influência de processos de camada limite, tais como a altura
da camada limite e inversões de temperatura. No caso do SO2 e O3, as concentrações foram
menores durante o Inverno, tendo-se verificado a importância da disponibilidade de radiação
solar na formação de O3.
A concentração de partículas mostrou-se fortemente influenciada por fenómenos de lavagem,
sendo mais baixa em períodos de chuva. Num mesmo local, a variação sazonal não foi muito
pronunciada. No entanto, a contribuição das partículas finas foi em média maior no Inverno, e a
concentração das partículas grosseiras foi mais elevada durante o Verão.
Ao nível da composição elementar, verificou-se que ambos os locais apresentaram
concentrações semelhantes de Cl, Br (ambas as fracções), Zn, S e Pb (fracção fina), o que
poderá ter-se devido a um transporte regional mais do que a uma contribuição do tráfego local.
O Zn, S e Pb, apesar de terem apresentado uma boa correlação entre os locais exibiram junto à
estrada uma concentração da fracção grosseira superior. O Cl ocorreu maioritariamente na
fracção grosseira, o S e o Zn principalmente na fracção fina, enquanto o Br e o Pb distribuiramse sensivelmente em partes iguais pelas duas fracções. O Ca, Ti, Mn, Fe, K, Si, Rb, Cu, Sr, Sb,
Zr e Al, para as duas fracções estudadas apresentaram relações aproximadamente lineares nos
dois locais de amostragem, com concentrações mais elevadas junto à estrada. Genericamente, o
Ca, o Ti, o Fe, o Si, o Sr, o Zr e o Al ocorreram preferencialmente na fracção grosseira,
enquanto o Mn e o K na fracção fina. O Rb e o Cu distribuíram-se igualmente pelas duas
fracções, enquanto o Sb de forma mais irregular. Esta distribuição poderá estar associada às
contribuições directa e indirecta do tráfego (gases de escape, travões e ressuspensão).
A correlação entre os dois métodos de medição de partículas (gravimétrico e atenuação β)
revelou-se boa. No entanto, a utilização do método por atenuação β a nível local requererá uma
correcção dos valores registados pelos aparelhos, de modo a possibilitar a comparação de
valores entre diferentes estações e épocas do ano.
5. AGRADECIMENTOS
César Oliveira agradece à Fundação para a Ciência e a Tecnologia uma bolsa de pósdoutoramento.
Agradece-se à CCDR – Norte a utilização de dados de monitorização da qualidade do ar da
região do Porto, ao Instituto de Reinserção Social do Porto a cedência de instalações, e à
Divisão de Tráfego da Câmara Municipal do Porto as contagens de tráfego.
6. REFERÊNCIAS
Instituto do Ambiente (2003) Relatório do Estado do Ambiente 2002; Ministério das Cidades
Ordenamento e Ambiente
Pio, C., Ramos, M. e Duarte, A., (1998): Atmospheric aerosol and soiling of external surfaces in
an urban environment, Atmospheric Environment, 32, 1979-1989.
Qin, Y., Tonnesen, G. e Wang, Z., (2004): Weekend/weekday differences of ozone, NOx, CO,
VOCs, PM10 and the light scatter during ozone season in southern California,
Atmospheric Environment, 38, 3069-3087.
Seinfeld, J. e Pandis S., (1998): Atmospheric chemistry and physics, from air pollution to
climate change, John Wiley and sons, Inc., Nova York
Vallius, M., Lanki, T., Tiittanen, P., Koistinen, K., Ruuskanen, J. e Pekkanen, J., (2003): Source
apportionment of urban ambient PM2.5 in two successive measurement campaigns in
Helsinki, Finland, Atmospheric Environment, 37, 615-623.
WHO (1999) Air Quality Guidelines for Europe, 2ª Ed. WHO Regional Office for Europe,
Copenhagen.